TRANSISTORES

Podemos representar un transistor bipolar

por tres bloques de materiales

semiconductores de tipos diferentes ,

dispuestos alternadamente . Lo cual nos

lleva a dos configuraciones posibles y la vez

a dos tipos de transistores. Los transistores tipo PNP y los tipo NPN. Cada uno de ellos tendrá un terminal de

conexión conectado a un electrodo así: Emisor (E), Base (B) y Colector (C).

El término bipolar, que sirve para distinguirlo de los transistores de efecto de

campo FET, significa que la operación depende del movimiento de dos

diferentes portadores de corriente: los electrones y los huecos. En el transistor

NPN los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los

minoritarios. En los PNP, la situación es inversa.

Para representar los transistores usamos también dos tipos de símbolos.

La flecha del emisor corresponde al sentido convencional de la corriente

que circula por este componente cuando esta

funcionando.

Existen en el momento además de transistores de silicio y de germanio,

transistores de arseniuro de galio para altísimas frecuencias, pero el principio

de funcionamiento es el mismo.

Cómo es el funcionamiento de un transistor NPN : (El principio de

funcionamiento es idéntico para un PNP) : Para que un transistor pueda

funcionar es necesario polarizarlo adecuadamente . Es decir aplicar entre sus terminales emisor, base y

colector el voltaje adecuado. Apreciemos que la unión base-emisor se encuentra polarizada directamente y la

juntura base-colector inversamente.

Así inicialmente si cerramos S2 dejando abierto S1, la corriente intentará circular

entre el colector y emisor pasando por la base. Sin embargo existen dos junturas que

deben ser atravesadas. La primera entre el colector y la base que corresponde a un

diodo polarizado en inverso (alta resistencia), mientras que la base y el emisor quedará

polarizada en directo (baja resistencia). El resultado es que la corriente no puede

circular.

Comparemos en la gráfica 4 el posible comportamiento a partir de

dos diodos, pero recordando que no es posible remplazar un

transistor por dos diodos.

Ahora analicemos cuando tenemos ambos interruptores cerrados.

Podemos entonces hacer circular una corriente a la juntura base-

emisor polarizada en directo cuya intensidad dependería de la

tensión V1 y de alguna resistencia eventual entre la fuente y la base. Para efecto de análisis supongamos que

V1 sea una tensión relativamente baja, lo que traduciría en una corriente base-emisor débil. El resultado del

cierre de S1 no sería solamente la circulación de esta corriente , con el pasaje de esta pequeña corriente entre

base-emisor, hay también el pasaje de una fuerte corriente entre colector y emisor.

En conclusión la corriente de base pequeña “provoca la aparición de una corriente mucho mayor entre el

colector y el emisor”. Así cuando aumentamos la corriente de base, también aumentamos la corriente de

colector. El número de veces que es mayor la corriente de colector con respecto a la corriente de base es

denominada “ ganancia de corriente ()”. Así = Ic / Ib

Este comportamiento permite que el transistor sea utilizado para amplificar señales, generarlas o alterar la

forma de las mismas.

En este circuito la señal de entrada varia entre los valores de tensión determinados por la onda, lo cual

influirá directamente en la corriente de base (Ib) del transistor y el resultado será una influencia mayor sobre

la corriente de colector (Ic) pero que corresponderá a la forma de la señal original. Obteniéndose así una

amplificación de la señal en el colector del transistor.

Curva característica : Es la obtención de una gráfica en la que se representan las diferentes magnitudes que

varían en un componente cuando está en funcionamiento.

eb

c

Q1NPN

e

bc

Q1PNP

V1

Q1NPN

V2

S2S1I

b

I

c

I

e

N

b

N

e

E

P

c

D1

D2

V1

S1 S2

V2

Q1NPN

Ib Ic

Ie

V1

Señal IN

Señal OUT

Rc

Q1

V2

V1

Ib

Ic

VcVb

V2

Q1

P2

P1

Como no se puede obtener una gráfica con 4 variables, lo que se hace es establecer una familia de curvas en

que una de las magnitudes es mantenida fija. Así en primer lugar fijamos el voltaje colector-emisor en 5V

(Vce = 5V). Verificamos entonces que ocurre con la corriente de base (Ib) cuando variamos el voltaje base-

emisor (Vbe).

Otra curva importante es la que da la características de salida de un transistor. Esta curva relaciona los

valores de la corriente de colector (Ic) con la tensión colector-emisor (Vce) para una corriente de base fija

(Ib). Obteniéndose una familia de curvas que corresponden a un único transistor.

La corriente que se observa cuando Ib = 0 es la corriente de fuga debido a la agitación térmica de los átomos

del material semiconductor (muy pequeña), los cuales liberan portadores de carga (Iceo).

La ganancia llamada (Hfe) puede calcularse dividiendo la Ic entre la Ib. Transistores comunes poseen una

ganancia que varia entre 2 y 800 e incluso más. Por tanto la

ganancia es especificada para una determinada Ic.

Debemos aclarar que aunque el colector y el emisor son del mismo

material semiconductor P ó N en la práctica la fabricación del

transistor es bien definida tanto para el emisor como para el

colector, por tanto si se invierten el transistor no funcionara.

Funcionamiento : El principio activo del transistor es simple: una

corriente pequeña que se inyecta por el terminal de la base controla

el flujo de corriente por el colector. Para que pueda circular la corriente de

colector Ic en un transistor NPN, el voltaje aplicado al colector debe ser

positivo con respecto al emisor. En un transistor PNP se requiere un

voltaje negativo en el colector con respecto al emisor.

RL

VccVBB

RB

NPNQ1

VBC

IC

VCE

IB

VBE

RL

VccVBB

RB

Q1

VBC

IC

VCE

IB

VBE

Rafael Cristancho R./2014

PRUEBA DE LOS TRANSISTORES

Se debe realizar con ayuda del ohmetro, teniendo en cuenta que un transistor se puede comparar con el

comportamiento de dos diodos unidos. Debemos recordar entonces que cada diodo debe conducir (ofrecer

baja resistencia) en polarización directa, y presentar bloqueo (ofrecer alta resistencia) en polarización inversa.

Recordar que en el multímetro digital la punta roja representa la parte positiva y la punta negra la parte

negativa). NPN

POL + - - +

E-B ALTA BAJA

B-C BAJA ALTA

E-C ALTA ALTA

ALGUNOS PARÁMETROS IMPORTANTES EN LOS TRANSISTORES : Es la información que permite

diferenciar un transistor de otro, se encuentra en los manuales que distribuyen los fabricantes.

HFE : () : Es la ganancia de corriente DC; corresponde a la relación entre la corriente de colector y la

corriente de base.. Así = Ic / Ib.

ICMAX : Es la máxima corriente DC (valor medio) que puede circular por los terminales de colector y emisor

de un transistor bipolar.

VCEO : Es el máximo voltaje que se puede aplicar entre colector y emisor cuando el terminal de base está al

aire o en circuito abierto.

PMAX: Es la máxima potencia continua que puede disipar el transistor sin disipador y a temperatura ambiente.

PUNTO DE TRABAJO: Teniendo en cuenta la grafica de la curva

característica, podemos ubicar un punto de trabajo en cualquier

parte de la curva e implementar una aplicación práctica. En las

características de un transistor, hay tres posibles zonas de trabajo

muy definidas.

1. Zona de saturación: Al localizar el punto de trabajo en esta zona,

se obtiene la máxima corriente de colector Ic, mientras el voltaje

entre colector y emisor se aproxima a cero voltios y pasa a

llamarse voltaje colector emisor de saturación. VCESAT. Debe

observarse que un transistor trabajando en esta zona se comporta como un suiche cerrado. Todas las

aplicaciones que impliquen conmutación y la presencia de un interruptor cerrado, incluyendo el

funcionamiento de los computadores, se debe ubicar en esta zona.

2. Zona de corte : Se obtiene la operación complementaria a la anterior, o sea se suiche abierto, si se ubica el

punto de trabajo en esta zona. Al aplicar una corriente de base Ib igual a cero, no hay corriente alguna por

el colector y todo el voltaje de alimentación se encuentra aplicado entre colector y emisor VCE. Un método

que impide el paso de corriente de base es aplicar un voltaje de entrada VBB igual a cero.

3. Zona Lineal : Esta tercera zona de trabajo se utiliza para implementar amplificadores lineales se señales de

voltaje débiles. Un amplificador que por error o por problemas electrónicos abandone la zona lineal y entre

en la zona de corte o en la de saturación, producirá distorsión en la señal de salida. Para ubicar un punto de

trabajo en la zona lineal se deben considerar aspectos como la señal ac de salida, la ganancia del

amplificador y las impedancias de entrada y salida.

Es importante entender que la corriente por la base Ib controla, por completo, la operación del transistor . A

partir de estos principios , se ha empleado el transistor en la fabricación de amplificadores, osciladores,

amplificadores de potencia, comparadores, circuitos lógicos y computadores.

CONFIGURACIONES BASICAS : Aunque la señal de entrada puede acoplarse al dispositivo de diferentes

formas, solamente resultan útiles en La práctica tres configuraciones básicas, llamadas base común, emisor

común y colector común.

Amplificadores de base común : La señal se inyecta entre

emisor y base a través de CI y se extrae amplificada entre

el colector y base a través de CO.. Las señales de entrada y

salida siempre están en fase. Los condensadores CI y CO

actúan como acoplamiento y su objetivo es eliminar el

nivel de corriente continua presente a la entrada o a la

salida y transferir solamente las señales de audio

propiamente dichas. El circuito presenta una baja

impedancia de entrada y una alta impedancia de salida. Las

ganancias de voltaje y potencia pueden ser altas.

PNP

POL + - - +

E-B BAJA ALTA

B-C ALTA BAJA

E-C ALTA ALTA

Ic(mA)

Vce(V)

Ib = 50uA

Ib = 40uA

Ib = 30uA

Ib = 20uA

Ib = 10uA

Ib = 0

VCESATVCESAT

1

3

2

CI CO

INOUT

RE

RC

Rb1

+9V

CB

Rb2

COCOCO

Amplificador de emisor común : La señal se inyecta

entre base y emisor a través de CI y se recibe

amplificada entre el colector y emisor a través de CO.

Las señales de entrada y salida siempre están en

oposición de fase. Es la configuración más utilizada ya

que la ganancia de voltaje y de corriente es

relativamente alta. La impedancia de entrada y de salida

son relativamente bajas.

Amplificador de colector común : La señal se introduce entre

base y colector a través de CI y se extrae y se extrae entre el

emisor y colector a través de CO. Las señales de entrada y

salida siempre están en fase. También recibe el nombre de

amplificador seguidor de emisor. Este montaje se utiliza

principalmente como adaptador de impedancias, ya que

posee una alta impedancia de entrada y una baja impedancia

de salida.

TIPOS Y CLASES DE AMPLIFICADORES : Los amplificadores pueden ser de varios tipos y clases,

dependiendo del del criterio tenido en cuenta para su catalogación. La clase, en particular, la determina o

define la cantidad de señal de entrada que recibe amplificación a la salida. De acuerdo a este criterio existen

básicamente cuatro clases de amplificadores, denominadas A, B, AB y C.

En un amplificador Clase A recibe amplificación el 100% de

la señal de entrada y la señal de salida está presente durante el

ciclo completo de la señal de entrada. En un amplificador

clase B recibe amplificación el 50% de la señal de entrada y la

señal de salida está presente solamente durante los semiciclos

positivos o negativos de la entrada.

En un amplificador clase AB recibe amplificación más del

50% de la señal de entrada y la señal de salida está presente

durante más de un semiciclo de la señal de entrada.

En un amplificador clase C recibe amplificación menos del

50% de la señal de entrada y la señal de salida está presente

durante menos de un semiciclo de la señal de entrada.

Todos los amplificadores de baja señal (y algunos de potencia) operan en clase A y todos los de señal

grande en clase B, AB o C. Los de clase A se caracterizan por su alta fidelidad (baja distorsión) y los de

clase C por su alto rendimiento de potencia. Los demás, representan un compromiso entre la fidelidad y el

rendimiento. También existen amplificadores clase D, G, H, etc.

Dependiendo del rango de frecuencia de operación los amplificadores pueden ser de audiofrecuencia (AF), o

de radiofrecuencia (RF). Los primeros se diseñan para trabajar con señales de baja frecuencia, por debajo de

100KHZ, y los segundos para operar con señales por encima de este valor. Estos últimos se diferencian de los

de audio, principalmente, por su selectividad y otras consideraciones de diseño que generalmente se ignoran a

bajas frecuencias.

Dependiendo de la magnitud de las señales involucradas los amplificadores pueden ser de baja señal o de

señal grande. Los amplificadores de baja señal se caracterizan por operar en forma lineal, esto es, todas las

señales dentro de su ancho de banda reciben la misma cantidad de amplificación o de ganancia. En los

amplificadores de señal grande, la señal de entrada es tan fuerte que no permite la operación lineal del

dispositivo. Los amplificadores de baja señal se utilizan, básicamente como amplificadores de voltaje y los de

alta señal como amplificadores de potencia.

Rafael Cristancho R

ENTRADA CLASE DE

AMPLIFICADOR

SALIDA

A

AB

B

C

CI

IN

OUT

Rb2

RCRb1

CE RE

CO

CI

IN

OUTRb2

RC

RE

CO

CC

Rb1